Экспресс-тесты на основе полимеров помогут контролировать качество воды

Российские ученые синтезировали очень маленькие частицы металл-органических полимеров. На их основе химики хотят создать экспресс-тесты для выявления в питьевой воде тяжелых металлов, которые опасны для здоровья животных и человека.

Металл-органические полимеры, или металл-органические каркасные структуры (МОКС), — ​это соединения, в которых ионы металлов связаны органическими молекулами, линкерами. Соединения на основе МОКСов используются в производстве электрохимических сенсоров, в качестве катализаторов химических реакций и присадок к ракетному топливу. Некоторые МОКСы являются люминофорами — ​излучают свет под воздействием ультрафиолета, электромагнитного поля или других возмущений.

Химики из Санкт-Петербургского государственного университета задались целью создать очень маленькие люминофорные МОКСы. «Чем меньше частицы, тем больше их суммарная поверхность в пересчете на единицу массы. Поэтому взаимодействие твердых наночастиц терефталата европия с ионами меди, хрома и железа должно быть гораздо эффективнее, чем у крупнокристаллических материалов, — ​рассказывает руководитель исследования, доцент кафедры лазерной химии и лазерного материаловедения СПбГУ Андрей Мерещенко. — ​При соединении водных растворов соли европия и терефталата натрия выпадает осадок — ​терефталат европия (металл-органический полимер. — «СР»). Но кристаллы довольно большие, сотни микрометров. Чтобы получить маленькие, мы, во‑первых, снизили концентрацию реагентов, а во‑вторых, проводили синтез с ультразвуком, это помогает тщательнее перемешивать раствор, замедляет рост частиц и предотвращает их слипание. Нам удалось получить частицы размером 8 нм».

Терефталат европия светится розовым в ультрафиолете. Исследуя наночастицы этого вещества, ученые заметили, что ионы тяжелых металлов — ​меди, хрома и железа — ​существенно тушат люминесценцию. «В первую очередь наночастицы могут быть использованы для анализа питьевой воды и сточных вод на присутствие солей тяжелых металлов, — ​говорит Андрей Мерещенко. — ​Это важно, поскольку избыток данных солей в воде, потребляемой человеком и животными, может вызывать широкий спектр заболеваний, а тяжелые металлы способны накапливаться в организме. Также наночастицы смешанных терефталатов европия и тербия можно покрыть инертной оболочкой, например диоксидом кремния, ввести в организм и по спектру люминесценции определять температуру внутри живой клетки». Ученые планируют продолжить исследование и создать экспресс-тесты воды на тяжелые металлы.

Разработанный химиками способ синтеза наночастиц терефталата европия вносит большой вклад в нанотехнологию и координационную химию. Предполагается, что способ подойдет для создания наночастиц из других металл-органических каркасных структур. «Так может быть получен широкий ряд новых материалов, которые найдут применение в аналитической химии для обнаружения малых концентраций вредных соединений, в биологии — ​как люминесцентные маркеры для изучения клеточных процессов, в медицине — ​для диагностики заболеваний, в микроэлектронике — ​для создания новых типов светодиодов, экранов телефонов и компьютеров», — ​уверен Андрей Мерещенко.

В разработке также участвовали специалисты Университета «Сириус» и Академического университета им. Алферова РАН.